油气混输管路内的流型特征及其识别方法论

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1、油气混输管路内的流型特征及其识别方法第一章绪论1.1课题背景气液两相流的宏观运动规律以及它与其他运动形态之间的相互作用是两相流体力学的主要研究内容之一。气液两相流的研究，是随着工业技术的需要而发展起来的。特别是本世纪40年代后，由于动力工程﹑化学工程﹑石油工程﹑原子能工程﹑航天工程以及环境保护工程的兴起和发展，气液两相流的研究日益得到重视，促使它形成为一门完整的应用基础学科。广义而言，气液两相流动属流动力学的研究范畴之一，流动力学的基本方程也适用于气液两相流。但由于在气液两相流中，存在气液两相间的相互作用，因此两相流动问题较单相流动问

2、题要复杂的多，两者间在本质特征上也有较大的不同。气液两相流流型的复杂性和多样性就是显著区别于单相流动的特点之一。两相流流型是两相流的结构形式。对于流型形成机制及其特点的认识，是两相流的机理及其规律研究的重要组成方面，同时也直接关系到对两相流学科中其他问题的分析研究。例如，对于气液两相流问题的分析处理，经常采用基于流型的方法，即首先分清气液两相流的流型，然后根据各种流型的特点，分析其流动特性并建立关系式。这种方法考虑了两相流的流型特征，具有较强的针对性。流型研究在工程中也具有重要的应用价值。在涉及到气液两相流动的管路系统设计时，流动压降

3、是基本参数之一，而两相流压降与流刑具有密切关系。实验结果表明，在相同的质量流量下，不同流型下的流动阻力可以变化几倍甚至几十倍。不同的流型，将会使管道受到不同频率分布特性的作用力，这将直接关系到管道结构的减振设计，以确保管道系统的安全运行。为了进行多相流动参数的测量和计量，流型也是必须考虑的重要因素。因为流型的变化往往会造成测量装置的显著改变。另外，不同的流行具有不同的传热﹑传质特性，这对于化工﹑动力等过程的工艺技术也至关重要。气液两相流流型与两相间界面的形状及其组合变化密切相关，流型的发展与稳定往往是相对的（例如，在长距离管线中，由于

4、沿程状态参数的变化，流兴会发生改变），从而导致流型问题变化复杂。早期的研究者为了方便，常常用各单相流型（层流或紊流）的不同组合为描述多相流模型并以此建立计算模型或在此基础上根据质量流速﹑压力等参数进行修正以提高模型的精度。例如对于气液两相流的压降计算模型的研究就是如此。显然，这种流行描述方法比较粗糙。目前常用的流行分类方法是根据流动形态分类。这种分类方法比较直观，但流型确定容易受到观察者主观因素的影响。目前对于流型的分类方法还没有一个统一的标准，这是流型研究需解决的问题之一。另外，如何根据流动条件确定流型，以及如何在流动过程中实时的利

5、用流动状态信息确定流型也是目前在流行研究及工程应用中迫切需要解决的问题。本文针对上述问题进行评论，以期反映近年来对于气液两相流流型问题的研究状况。1.2国内外多相流基础理论近年来国际上对多相流的研究兴趣在持续增长，其原因在于多相流不仅在一系列现代工程中得到广泛应用而且对促进这些工程设备的发展和创新也起到了重要作用.涉及多相流的工程设备有新型的相变换热器、锅炉、蒸发器、凝结器、空间设备、制冷机、核反应堆、分离设备、过滤设备、流化床反应器、气力输送设备、液力输送设备、石油工程设备和多相流泵等。每年发表的有关多相流方面的论文数以千计，因此要

6、在一篇论文中对近期多相流研究工作进行全面综述，实非易事.本部分拟对其中的一些有关多相流研究的新课题、具有实用意义的新项目以及能促进多相流学科发展的新研究内容进行了扼要的论述。1.2.1多相流流型及流型图多相流流型和流型图对确定多相流的组分、分相流压力降和传热系数是十分重要的.此外，流型对建立多相流理论模型也是有力的物理基础.至今，在气液两相流方面，对重力作用下的气体和牛顿液体混合物的两相流体流型和流型图的研究己经比较多，特别是在水平管、垂直上升管的管内流型和流型图方面的研究工作己较完善.因此，近年来有关这方面的研究论文数量己大为减少，

7、但对气体和非牛顿液体的管内气液两相流型以及对小尺寸管或特殊管子横截面的管内气液两相流型的研究论文为数仍不少.例如:王树众研究了油气两相流在下降管内的流型;Bonjoun研究了水在直立两板中狭小空间内沸腾时的流型;Mishima研究了内径为1～4mm的毛细管中的气水两相流流型;Triplett发表了微通道中气液两相流流型研究报告;Wolk研究了当量直径为6mm的三角形截面垂直管中的流型;Gradeck研究了水平波形管中的气液两相流型;weiseman研究了管内存在微型螺旋线状肋片时流体物性对气液两相流型的影响以及衣服发表了微型内肋水平管

8、中凝结时的流型研究报告等.对气固、液液两相流流型的研究比气液两相流流型的研究要少得多，但近年来，在区分流型和预测流型转换界限方面己取得了一些进展.例如:Doron建立了管内液固两相流的流型图;出价提出了气固流态化和向上气